專利名稱：用于稀漿反應器和罐的輔助攪拌器的制作方法
交叉參考的陳述本申請要求于2003年1月24日提交的美國專利申請10/350,786的權(quán)益。
本發(fā)明涉及一種用在稀漿反應器和存放罐內(nèi)的輔助攪拌器(tickler)葉輪和攪拌系統(tǒng)。更具體地說，輔助攪拌器葉輪包括許多葉片，這些葉片是以一方式彎曲的、向上形成角度的和傾斜的，該方式在罐內(nèi)的稀漿介質(zhì)中提供向內(nèi)和向下渦流，在稀漿排放期間該渦流使懸浮在稀漿中的固體物質(zhì)引向罐的底部和中央。
背景技術(shù)：
在攪拌的稀漿反應器和存放罐中的攪拌系統(tǒng)通常包括作為攪拌系統(tǒng)的一部分的輔助攪拌器葉輪。輔助攪拌器葉輪安裝在攪拌器軸上和很靠近罐的底部。該輔助攪拌器的目的是保持固體物質(zhì)的懸浮和消除固體物質(zhì)在罐底部的的沉淀。輔助攪拌器通常為傾斜葉片渦輪(PBTs)或平葉片渦輪，分別如

圖1和2所示。
與在液體介質(zhì)中攪拌固體物質(zhì)的主葉輪有關(guān)，該輔助攪拌器是以分開關(guān)系位于主葉輪之下的較小的攪拌器。當罐排放時，尤其在稀漿液面退落到主葉輪之下后，用于固體懸浮的輔助攪拌器的效率對于避免固體物質(zhì)沉淀、泵送不足和由于泵抽吸管道阻塞而產(chǎn)生的流動中斷是很關(guān)鍵的。通常在罐底部附近的PBT和FBT輔助攪拌器功能是徑向葉輪的作用，它趨于朝罐拋出稀漿，即離開中央噴嘴或排放管。因此，固體物質(zhì)會粘附于壁和需要在對它們壓力噴射以從壁去除它們付出額外勞動。泵送不足和較長的排放時間也能夠是由于在從罐排放稀漿的終了附近排放噴嘴排放不足所產(chǎn)生的。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種用在攪拌的稀漿反應器和存放罐中的輔助攪拌器葉輪和攪拌系統(tǒng)。本發(fā)明還包括一種用于從含有本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪的罐進行排放的方法。當安裝在垂直軸上時輔助攪拌器葉輪是用于在稀漿介質(zhì)內(nèi)提供向內(nèi)和向下渦流，將懸浮在稀漿中的固體物質(zhì)引向罐的底部和朝向其上裝有該葉輪的軸。將懸浮在稀漿中的固體物質(zhì)朝下和朝向罐的中央引導，而不是將那些固體物推離中心，減少固體物質(zhì)沉淀在罐的底部和側(cè)部，便于罐的排放，以及減少噴嘴阻塞和泵送不足。
本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪的葉片離開水平面的角度、葉片曲率和葉片表面的角度或葉片傾斜對于將浮在稀漿中的固體物質(zhì)朝下和朝罐的中央引導是有效的，這改進了葉輪排放效率。葉片傾斜還有利于減小葉輪阻力和功率數(shù)。本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪通過(1)減少在罐底部的作為殘留物的材料數(shù)量和(2)提供較短的排放時間改進了葉輪排放效率。本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪與在相同浮物中以相同的特定的功率值轉(zhuǎn)動的、相同尺寸的向下泵送的PBT比較，對于縮短排放時間和減少殘留物質(zhì)是有效的。本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪的幾何尺寸和形狀是這樣如果在尺寸和使用環(huán)境方面對輔助攪拌器葉輪標準化，這樣，它具有11英寸直徑，和用在具有離開垂直中心線為75°角度的錐形底部的30英寸直徑的一罐內(nèi)，與在相同系統(tǒng)中的向下泵送的11英寸(0.28米)直徑PBT輔助攪拌器葉輪比較，該輔助攪拌器葉輪對于減少在罐內(nèi)的浮殘留物的數(shù)量是有效的，可減少至少10％，一般在15至90％；以及，與在相同系統(tǒng)中的向下泵送的11英寸(0.28米)直徑的PBT輔助攪拌器葉輪比較，對于縮短排放時間也是有效的，可縮短10％，通常在30至45％。
該輔助攪拌器葉輪的葉片安裝在輪轂上，用于在一根軸上轉(zhuǎn)動，該軸基本上垂直于水平面，用于混和罐的內(nèi)含物。本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪包括至少兩個和多至十二個彎曲葉片，葉片在它們的與輪轂相對的端部或末端是弄圓的。較佳地，該輔助攪拌器葉輪有三至四個葉片。弄圓的葉片末端有利于減小末端剪切作用。另一方面，可以弄圓葉片的邊緣。從輪轂和軸延伸至被弄圓的端部或末端的葉片的被弄圓的上邊緣，在減少輔助攪拌器葉輪對在整個罐內(nèi)分布固體物質(zhì)的主葉輪的流動圖形的干擾方面是有效的。隨著稀漿液面高度退到葉片末端之下，從輪轂和軸到被弄圓的端部或末端延伸的、與上邊緣相對的葉片的被弄圓的下邊緣對于減少葉輪使稀漿沿徑向流動的特性是有效的。隨著罐內(nèi)的懸浮體的液面高度的下降，促使稀漿液體更向內(nèi)和向下流動。并且，對于某些混合/反應的應用場合，具有被弄圓的邊緣的葉片會被光滑地包復一層(glasscoated)。
一方面，輔助攪拌器葉輪的諸彎曲葉片安裝在垂直軸上，較佳地相互等距離分開。這對葉片提供了平衡并使給予的液壓力均勻。葉片在罐底部上延伸和離開水平面為一角度，該角度等于或大于罐底部的角度。通常，葉片是向上傾斜的，以配合底部的形狀和角度(在存放罐中通常是圓錐形)，從而與各葉片的下方邊緣相切的一直線平行于罐底部。葉片從水平面向上以0°至小于一直角90°、較佳地離開水平面從5°至75°的一角度延伸，在15°錐形底部的罐中較佳地向上傾斜15°。因為葉片的傾斜對于允許將葉片放置成盡可能靠近罐底部是有效的，所以在具有圓錐形底部的罐中傾斜的葉片尤其重要。在這方面，葉片離開罐底部可以是從1/2至4英寸(1.3×10-2至0.1米)(根據(jù)微粒和罐的尺寸)。
本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪的葉片是彎曲的，以在被攪拌的液體中產(chǎn)生一沿葉片的轉(zhuǎn)動方向為敞開的杯狀表面。沿這一方向的轉(zhuǎn)動意味著輔助攪拌器葉輪被轉(zhuǎn)動成葉片的凹入側(cè)引導在前和凸起側(cè)尾隨在后。各彎曲葉片的彎曲表面的半徑為0.1-10倍的輔助攪拌器葉輪的直徑。還應該認識到較佳的是葉片呈光滑地彎曲，但是葉片的曲線能夠以諸增量或諸小面的方式得到。在操作中，輔助攪拌器葉輪的轉(zhuǎn)動葉片引導浮在稀漿中的固體物質(zhì)向下并朝向罐的中央流動。
輔助攪拌器葉輪的葉片的彎曲表面具有離開垂直線75°以上或更小的平均斜度或角度，在重要的情況下30°至60°的平均斜度，以及在很重要的情況下45°的平均斜度。在葉片長度上的斜度可以從10°變化至90°，較佳地為45°。在另一方面，葉片高度對葉輪直徑的比值是0.05至0.75，在重要的情況下是0.2。
附圖簡要說明圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的傾斜葉片蝸輪。
圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的平葉片蝸輪。
圖3示出了本發(fā)明的輔助攪拌葉輪的一方面。
圖4示出了包含了兩個PBTs和一個輔助攪拌葉輪的罐的示意圖。
圖5a-b示出了本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪的一葉片的側(cè)視圖和葉片的傾斜。
圖5b示出了圖5a的葉片的立體圖。
圖6a和6b示出了本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪的輪轂的一方面。
詳細描述如本文所使用的，“彎曲葉片”和“葉片彎曲”意味著當從頂部觀察時葉片具有大體的月牙形，月牙形的凹入側(cè)面向葉片要沿著其轉(zhuǎn)動的方向，當轉(zhuǎn)動葉片時葉片的凸起側(cè)尾部跟隨著葉片的凹入側(cè)。葉片的彎曲表面的半徑在圖3中標注為2。
如在本文所使用的，“葉片離開水平面的角度”意味著葉片底邊的切線離開水平面的角度，以致旋轉(zhuǎn)的葉片不與罐的底部干擾或接觸，罐的底部可以是從水平傾斜的或彎曲的以形成圓錐狀或彎曲的底部。這角度在圖4中示為標號102。
如在本文所使用的，“葉片的斜度”意味著葉片的表面離開垂直軸線的角度，如在圖5b中示為4。
在圖3中示出了本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪10。輔助攪拌器葉輪10可以包括安裝在輪轂30上的三個彎曲的葉片20。在所示的實施例中，輪轂30包括一軸套圈32、固定螺釘34和軸孔35，該軸孔允許輔助攪拌器葉輪10安裝和連接于軸(例如圖4中所示的軸120)。
如圖6a-b所示，輪轂30包括一軸孔35，該軸孔允許輔助攪拌器葉輪10定位在例如圖4中所示的軸120的一根軸上。軸孔35可以裝配一可拆卸的軸套圈32(如圖3所示)。
如圖6a-b所示，輪轂30包括圍繞輪轂30等距離分開的和有效地接納諸彎曲葉片20的多個葉片接納凹入部分140。用定位在如圖6a所示的緊固螺孔150內(nèi)的至少一緊固螺釘34將輪轂30固定于軸。但是，如熟悉該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會理解的那樣，葉片可以安裝在輪轂上，可以通過緊固螺釘、鍵、剪切銷釘將輪轂安裝在軸上或可以在輪轂上成為一體，例如焊接的、模制的或鑄造的構(gòu)件。
輔助攪拌器葉輪10的彎曲葉片20朝著彎曲方向轉(zhuǎn)動，以致彎曲葉片20的凹入側(cè)70在前方引導和凸起側(cè)80尾隨在后，如圖3中的箭頭22所示。彎曲的葉片20可以包括被弄圓的端部或末端40和被弄圓的上邊緣50和下邊緣60。
圖4示出了在反應罐100內(nèi)的輔助攪拌器葉輪10。在本發(fā)明的這方面中，輔助攪拌器葉輪10位于主葉輪110之下和安裝在與一第二葉輪110相同的軸120上。如圖4所示，反應罐100具有一圓錐形底部130，輔助攪拌器葉輪10的諸彎曲葉片20平行于錐形底部130。該葉輪上部大體位于切線140上，該切線是在罐的垂直側(cè)連接于錐形底部130的傾斜的基底146的位置處于垂直于垂直側(cè)142的一直線。輔助攪拌器葉輪大體位于該切線之下。
該葉輪可以由與罐的內(nèi)裝物相容的任何材料制成，例如不起反應的塑料或不銹鋼。
實例例1稀漿混和在30英寸(0.76米)外徑的Plexiglass混和罐內(nèi)在兩個15英寸(0.38米)外徑的4葉片PBTs之下安裝了三個不同類型的輔助攪拌器葉輪。該三個輔助攪拌器葉輪如下1.帶有四個人字形葉片的上泵送(up-pumping)11英寸(0.28米)外徑的PBT(45°斜度、帶有水平面之上的15°角度)。
2.帶有四個人字形葉片的下泵送(down-pumping)11英寸(0.28米)外徑的PBT(45°斜度、帶有水平面之上的15°角度)。
3.帶有月牙形葉片的下泵送11英寸(0.28米)外徑的輔助攪拌器葉輪(大體45°斜度、帶有在水平線之上的15°角度)。該輔助攪拌器葉輪代表了本發(fā)明的輔助攪拌器葉輪的一方面。
在用這些輔助攪拌器的每一個所進行的試驗中，用水中有40％重量的SaranTM聚偏二氯乙烯樹脂的稀漿注入該罐，漿面到達該切線之上約16英寸(0.41米)處。葉輪的轉(zhuǎn)速被設(shè)定成使在與各輔助攪拌器類型相結(jié)合的15英寸(0.38米)的PBTs要求相同數(shù)量的電動機轉(zhuǎn)矩(26.1英寸-磅)(2.9牛頓米)。當所有稀漿微粒完全懸浮了至少20分鐘(1200秒)后使罐排放。排放的過程被記錄在數(shù)字攝像機上，同時測量整個排放時間和留在罐底部內(nèi)樹脂剩余物的磅數(shù)。試驗結(jié)果如下。
SaranTM聚偏二氯乙烯樹脂A(可從Dow化學公司得到)Sauter平均微粒直徑是350微米(350×10-6米)和懸浮密度是1.4克/厘米3
SaranTM聚偏二氯乙烯樹脂B(可從Dow化學公有限司得到)Sauter平均微粒直徑是350微米(350×10-6米)和懸浮密度是1.4克/厘米3，但與樹脂A不同的是微粒表面是被包復的，以引起團聚。
在考慮了本發(fā)明的以上詳細敘述后，對于熟悉該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的實踐中期待著產(chǎn)生許多修改和變化。當然，這些修改和變化都應被包含在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種輔助攪拌器葉輪，它包括安裝在一垂直軸上的至少兩個彎曲葉片，用于在一罐內(nèi)轉(zhuǎn)動，這些彎曲葉片以從水平面傾斜0°至小于90°的一角度延伸，當放置在罐中時各葉片具有面向下朝向罐底部的一表面，以及，各葉片具有一在輔助攪拌器葉輪朝著要轉(zhuǎn)動的方向的彎曲，當輔助攪拌器葉輪沿著葉片的彎曲方向轉(zhuǎn)動時，離開水平面的角度、該朝向罐底部的表面的向下角度和葉片的彎曲對于產(chǎn)生朝向罐底部的向內(nèi)渦流是有效的。
2.如權(quán)利要求1所述的輔助攪拌器葉輪，其特征在于該輔助攪拌器葉輪具有兩個至十二個葉片，與具有相同葉片數(shù)量、相同尺寸的葉片和相同斜度的葉片的向下泵送的傾斜葉片渦輪比較，該輔助攪拌器葉輪的離開水平面的角度、該朝向罐底部的表面的朝下角度和葉片的彎曲對于縮短罐的排放時間是有效的。
3.如權(quán)利要求1所述的輔助攪拌器葉輪，其特征在于它包括安裝在垂直軸上的至少三個彎曲葉片，用于在具有底部的罐內(nèi)轉(zhuǎn)動，諸彎曲葉片具有諸最下方的邊緣和與最下方邊緣相切的、以一角度延伸的一直線，當放置在罐中時該直線是至少平行于罐的底部，各葉片具有以至少一角度朝向罐底部的面向下的表面，以及，各葉片具有朝著輔助攪拌器葉輪沿其要轉(zhuǎn)動的方向的彎曲，當輔助攪拌器葉輪沿葉片的彎曲方向轉(zhuǎn)動時，離開水平面角度、該朝向罐底部的表面的角度和葉片的彎曲對于產(chǎn)生朝向底部的向內(nèi)渦流是有效的，與具有相同葉片數(shù)量、相同尺寸的葉片和相同斜度的葉片的向下泵送的傾斜葉片比較，縮短了罐的排放時間。
4.如權(quán)利要求1所述的輔助攪拌器葉輪，其特征在于彎曲葉片具有與輪轂相對的被弄圓的末端，葉片以離開水平面0°至75°的一角度延伸，葉片具有30°至60°的平均斜度和以輔助攪拌器葉輪沿其要轉(zhuǎn)動的方向的彎曲，當輔助攪拌器葉輪沿著葉輪的彎曲方向轉(zhuǎn)動時，角度、傾斜和彎曲對于產(chǎn)生朝罐底部的向內(nèi)渦流是有效的。
5.一混合的葉輪系統(tǒng)包括至少一葉輪；至少一輔助攪拌器葉輪；以及一垂直設(shè)置的軸，該至少一葉輪和至少一輔助攪拌器葉輪安裝在該軸上，輔助攪拌器葉輪安裝在該至少一葉輪之下，輔助攪拌器葉輪包括安裝在一根軸上的至少兩彎曲葉片，用于在具有一底部的一罐內(nèi)轉(zhuǎn)動，彎曲葉片具有最下方邊緣和與該最下方邊緣相切的一直線，當葉片被放置在罐內(nèi)時該直線是以至少與罐底部平行的一角度延伸，當放在罐內(nèi)時各葉片具有以至少一角度面向下朝向罐底部的一表面，以及，各葉片具有朝著輔助攪拌器的沿其要轉(zhuǎn)動的方向的彎曲，離開水平面的角度、該朝向罐底部的表面的角度和葉片的彎曲對于當輔助攪拌器葉輪沿葉片的彎曲方向轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生向內(nèi)的、朝向罐底部的渦流是有效的，與具有相同數(shù)量的葉片、相同尺寸的葉片和相同斜度的葉片的向下泵送的傾斜葉片蝸輪比較，縮短了罐的排放時間。
6.一種用于罐排放的方法包括在罐內(nèi)轉(zhuǎn)動一輔助攪拌器葉輪，該輔助攪拌器葉輪包括安裝在一根軸上用于在罐內(nèi)轉(zhuǎn)動的至少兩個彎曲葉片，彎曲葉片從水平面以0°至小于90°的一角度延伸，各葉片具有面向下朝向罐底部的一表面，各葉片具有朝著輔助攪拌器葉輪沿其要轉(zhuǎn)動的方向中的彎曲，當輔助攪拌器葉輪沿葉片彎曲方向轉(zhuǎn)動時，離開水平面的角度、該朝向罐底部的表面的向下角度和葉片的彎曲對于產(chǎn)生向內(nèi)朝向罐底部的渦流是有效的。
7.如權(quán)利要求1、2、3或4的輔助攪拌器葉輪，權(quán)利要求5的混和的葉輪系統(tǒng)，或權(quán)利要求6的罐排放方法，其特征在于彎曲葉片具有45°的平均斜度。
8.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的輔助攪拌器葉輪，權(quán)利要求5的混和的葉輪系統(tǒng)，或權(quán)利要求6的罐排放方法，其特征在于輔助攪拌器葉輪具有兩至十二個彎曲葉片和諸彎曲葉片相互等距離分開。
9.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的輔助攪拌器葉輪，權(quán)利要求5的混和的葉輪系統(tǒng)，或權(quán)利要求6的罐排放方法，其特征在于彎曲葉片具有最下方邊緣和與這最下方邊緣相切的一直線，該直線以至少平行于罐底部的一角度延伸。
10.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的輔助攪拌器葉輪，權(quán)利要求5的混和的葉輪系統(tǒng)，或權(quán)利要求6的罐排放方法，其特征在于葉片以離開水平面向上15°的角度延伸，其中葉片具有被弄圓的邊緣，以及，其中葉片高度對葉輪直徑的比值為0.05至0.75。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于攪拌的稀漿反應器和存放在罐內(nèi)的輔助攪拌器葉輪和攪拌系統(tǒng)。當葉輪被安裝在軸上時，對輔助攪拌器葉輪對于在稀漿介質(zhì)中提供一向內(nèi)和向下的蝸流是有效的，該蝸流將懸浮在稀漿中的固體物質(zhì)引向罐底部和引向其上安裝該葉輪的軸。將懸浮在稀漿中的固體物質(zhì)引向下和朝向罐的中央，而不是將那些固體物質(zhì)推離中央使固體物質(zhì)沉淀在罐側(cè)面上，這便于罐排放，并減少噴嘴噴射不足和泵送不足的現(xiàn)象。
文檔編號B01F3/12GK1741843SQ200480002650
公開日2006年3月1日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者K·卡爾, R·F·科普, S·P·山德, A·本林頓 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司